Forschungsstand und Fortschritte bei der hochwertigen Verwertung von Kohlenflugasche

Das rasante Wachstum des globalen Energiebedarfs hat den Weg für die Entwicklung alternativer natürlicher Ressourcen geebnet. Kohle spielt jedoch weiterhin eine wichtige Rolle als weltweit wichtigste Energiequelle. Sie deckte 2015 29 % der globalen Energieversorgung ab, und Schätzungen zufolge wird ihr Anteil bis 2035 noch 24 % betragen. Als industrielles Nebenprodukt von Kohlekraftwerken wird die Menge an Kohlenflugasche noch lange hoch bleiben.Kohlenflugasche Kohlenflugasche ist aufgrund ihrer komplexen Zusammensetzung und unzureichenden Behandlung in den Fokus der Umweltbedenken gerückt. Gleichzeitig stellt sie eine potenzielle Ressource dar, deren sinnvolle Nutzung dringend erforderlich ist. Derzeit wird Kohlenflugasche in vielen Bereichen genutzt, jedoch ist die Ausbeute an hochwertigen Bestandteilen gering. Voraussetzung für eine solche Nutzung ist die Untersuchung der Eigenschaften von Kohlenflugasche. Diese besteht aus festen oder hohlen, amorphen, kugelförmigen Partikeln, unregelmäßigen, unverbrannten Kohlenstoffpartikeln und Mineralpartikeln wie Mullit, Quarz, Hämatit usw. Die physikalischen Eigenschaften, die chemische Zusammensetzung und die Mineralzusammensetzung von Kohlenflugasche variieren je nach Fördergebiet. Auch die Art und der Zweck ihrer Nutzung sind unterschiedlich. Die komplexe Zusammensetzung der Kohlenflugasche stellt ein Haupthindernis für eine hochwertige Nutzung dar. Die wertvollen Komponenten, wie z. B. hohle Mikrokügelchen, unverbrannter Kohlenstoff und magnetische Materialien, lassen sich jedoch durch geeignete Trennverfahren von den komplexen Bestandteilen abtrennen. Die chemische und mineralogische Zusammensetzung der Flugasche macht sie zu einem kostengünstigen Rohstoff für die Herstellung hochwertiger Produkte. Wertschöpfende Produkte wie Geopolymere, Glaskeramiken und Zeolithe werden aus Kohlenflugasche gewonnen. Die chemische Zusammensetzung und die ursprüngliche Partikelgröße der Kohlenflugasche beeinflussen die Festigkeit von Geopolymeren maßgeblich. Bei der Herstellung von Geopolymeren sollten die optimalen technischen Bedingungen unter Berücksichtigung der grundlegenden Eigenschaften der Kohlenflugasche ermittelt werden. Die aus Kohlenflugasche hergestellten Glaskeramiken bestehen, basierend auf der chemischen Zusammensetzung der Kohlenflugasche, hauptsächlich aus zwei Systemen: CaO-Al₂O₃-SiO₂ und MgO-Al₂O₃-SiO₂. Der Energieverbrauch des Herstellungsverfahrens ist jedoch relativ hoch. Das direkte Sinterverfahren mit niedrigem Energieverbrauch bedarf weiterer Forschung und Verbreitung. Es gibt zahlreiche Anwendungsversuche mit aus Kohlenflugasche synthetisierten Zeolithen, jedoch nur wenige industrielle Anwendungen. Die theoretische Forschung zur Herstellung von mesoporösem Siliciumdioxid und Siliciumdioxid-Aerosolen ist noch nicht ausreichend, die Bedingungen sind schwer zu kontrollieren, und es ist noch ein langer Weg bis zur industriellen Produktion.